腹腔鏡手術(shù)可能需要數(shù)小時 并且通常記錄由相機產(chǎn)生的視頻

腹腔鏡檢查是一種手術(shù)技術(shù)，其中將光纖攝像機插入患者的腹腔中以提供視頻饋送，該視頻饋送引導外科醫(yī)生通過微創(chuàng)手術(shù)。

腹腔鏡手術(shù)可能需要數(shù)小時，并且通常記錄由相機產(chǎn)生的視頻 - 腹腔鏡。這些錄音包含大量信息，可用于培訓有助于手術(shù)的醫(yī)療提供者和計算機系統(tǒng)，但由于審查它們非常耗時，因此它們大多閑置。

麻省理工學院和馬薩諸塞州總醫(yī)院的研究人員希望通過一個新系統(tǒng)來改變這種狀況，該系統(tǒng)能夠有效地搜索數(shù)百小時的視頻，以查找與一些訓練樣例相對應的事件和視覺特征。

在他們本月在機器人和自動化國際會議上展示的工作中，研究人員訓練他們的系統(tǒng)識別手術(shù)的不同階段，例如活組織檢查，組織切除，縫合和傷口清潔。

但該系統(tǒng)可以應用于醫(yī)生認為值得的任何分析問題。例如，它可以進行培訓，以預測何時應該為外科醫(yī)生的使用準備特定的醫(yī)療器械(如額外的釘倉)，或者如果外科醫(yī)生遇到罕見的異常解剖結(jié)構(gòu)，它可能會發(fā)出警報。

“外科醫(yī)生對我們的工作所具備的所有功能感到非常興奮，”電子工程和計算機科學的Andrew和Erna Viterbi教授以及該論文的資深作者Daniela Rus說。“他們很高興能夠?qū)⑹中g(shù)膠帶自動分割和索引，因為現(xiàn)在這些膠帶可以用于訓練。如果我們想了解手術(shù)的第二階段，我們確切地知道去哪個地方尋找那個部分。我們不知道在此之前必須要注意每一分鐘。對于外科醫(yī)生來說，另一件非常令人興奮的事情是，在未來，我們應該能夠?qū)崟r監(jiān)控手術(shù)的進展。“

加入羅斯的論文是第一作者米哈伊爾·沃爾科夫，他是羅斯集團的一名博士后工作，現(xiàn)在是東京SMBC日興證券的定量分析師。羅斯的另一位博士后人物羅斯曼; 馬薩諸塞州綜合醫(yī)院(MGH)的Daniel Hashimoto和Ozanan Meireles。

代表幀

這篇新論文建立在Rus小組之前關(guān)于“核心集”的工作的基礎上，或者是大型數(shù)據(jù)集的子集，這些數(shù)據(jù)集保留了其顯著的統(tǒng)計特征。在過去，Rus'小組已經(jīng)使用核心集來執(zhí)行任務，例如推斷維基百科文章的主題或記錄GPS連接汽車所經(jīng)過的路線。

在這種情況下，核心集由幾百個左右的短視頻片段組成 - 每個片段只有幾幀。選擇每個片段是因為它提供了圍繞它的幾十甚至幾百個幀的良好近似。因此，核心設備將視頻文件的初始大小降低至其初始大小的十分之一，同時仍然保留了大部分重要信息。

在這項研究中，MGH外科醫(yī)生在消除部分胃的過程中確定了七個不同的階段，研究人員在八個腹腔鏡視頻中標記了每個階段的開始。這些視頻用于訓練機器學習系統(tǒng)，該系統(tǒng)又應用于之前從未見過的四個腹腔鏡視頻的核心組。對于核心組中的每個短視頻片段，系統(tǒng)能夠?qū)⑵浞峙涞秸_的手術(shù)階段，準確率為93%。

“我們想看看這個系統(tǒng)如何適用于相對較小的訓練集，”羅斯曼解釋說。“如果您在特定的醫(yī)院，并且您對特定的手術(shù)類型感興趣，或者甚至更重要的是手術(shù)的特定變體 - 所有這些或那種情況發(fā)生的外科手術(shù) - 您可能沒有很多例子“。

選擇標準

研究人員用于提取核心集的一般程序是他們之前描述的程序，但核心集選擇總是取決于它所應用的數(shù)據(jù)的特定屬性。包含在核心組中的數(shù)據(jù) - 這里是視頻幀 - 必須近似于被遺漏的數(shù)據(jù)，并且對于不同類型的數(shù)據(jù)，不同地測量近似程度。

然而，機器學習可以被認為是近似問題。在這種情況下，系統(tǒng)必須學會識別在單獨的腹腔鏡飼料中的視頻幀之間的相似性，其表示外科手術(shù)的相同階段。它所達到的相似度量也用于評估包含在核心集中的視頻幀與被省略的視頻幀的相似性。

“特別是介入醫(yī)學 - 外科手術(shù) - 在很多方面都歸結(jié)為人類的表現(xiàn)，”約翰霍普金斯大學計算機科學教授格雷戈里·哈格(Gregory Hager)說，他研究計算機和機器人技術(shù)的醫(yī)學應用。“正如在體育等人類努力的許多其他領域一樣，人類表現(xiàn)的質(zhì)量決定了你所取得的成果的質(zhì)量，但是如果你愿意的話，我們并不知道很多關(guān)于創(chuàng)造好事的分析像Daniela正在做的工作一樣，我們的工作確實涉及到以下問題：我們能否開始量化手術(shù)過程是什么，然后在這個過程中，我們能否開發(fā)出可以將人類表現(xiàn)與質(zhì)量相關(guān)聯(lián)的措施關(guān)心病人接受了嗎?“

“現(xiàn)在，效率” - 由核心集提供的那種 - “可能并不那么重要，因為我們正在處理少數(shù)這些事情，”海格補充道。“但你可以想象，如果你開始記錄每次進行的手術(shù) - 我們僅在美國談論了數(shù)以千萬計的手術(shù) - 現(xiàn)在考慮效率開始變得有趣了。”